2011年6月份，美国密苏里河沿岸的两个核电厂遭遇了被洪水围困的事件，洪水位已经接近这两个核电厂址的设计基准洪水位。由于这次洪水围困事件是在日本福岛核事故后发生的事件，引起了核能界和社会公众的广泛关注。本文通过与这次洪水事件相关的资料检索和整理，指出内陆核电厂在对外部自然事件设防中贯彻纵深防御原则是极为重要的。

1．核电厂概况

    美国内布拉斯加州的密苏里河沿岸有两个核电厂，它们是卡尔洪堡核电厂（Fort Calhoun Nuclear Power Plant）和库珀核电厂（Cooper Nuclear Station）。
    卡尔洪堡核电厂位于内布拉斯加州奥马哈（Omaha）以北19英里（～30km）的密苏里河西岸RMI645.85英里（注：RMI是指至河口的河流长度）。图1给出卡尔洪堡核电厂半径80km的地区图。卡尔洪堡核电厂有一个476MWe的压水堆，1973年投入商业运行。电厂采用一次循环冷却方案，从密苏里河取水，水量约为23m3/s，电厂排水通过排水渠排入电厂下游。电厂的业主是OPPD（Omaha Public Power District）[1]。

图1 卡尔洪堡核电厂位置图

     库珀核电厂位于内布拉斯加州Brownville附近的密苏里河西岸RMI532.5英里。库珀核电厂在奥马哈（Omaha）以南约56英里（～90km），与卡尔洪堡核电厂相距75英里（120km）。图2给出库珀核电厂半径80km的地区图。库珀核电厂有一个830MWe的沸水堆（BWR-4型），1974年投入商业运行。电厂采用一次循环冷却方案，从密苏里河取水，水量约为48m3/s，电厂排水通过排水渠排入电厂下游。电厂的业主是NPPD（Nebraska Public Power District）[2]。

图2 库珀核电厂位置图

2．2011年夏季密苏里河的洪水泛滥情况

    卡尔洪堡核电厂所在的密苏里河段的多年平均流量约为1150m3/s。电厂的取水量占河流平均流量的2%，占河流最低流量的4%。电厂所在河段宽182m，水深4.5m。

    库珀核电厂所在的密苏里河河段的多年平均流量为1194m3/s，河宽244m，水深8.5m。

    卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂所在地区的年降水量为28.37英寸（720mm）。密苏里河全长1960英里（3136km），全河有7个大坝，其中的Gavins Point大坝控制卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂所在河段的流量。

    今年夏季，在蒙大拿州和北达科他州的强降雨加上落基山脉的雪融水，使得密苏里下游水位上涨。在几周的时间里密苏里河上游流域降水达到6-12英寸（150-300mm），几乎是全年的降水量。同时，山上积雪融水的径流是正常年景的两倍。河水冲了下去，在6月初越过了密苏里州西北部的堤坝，促使当局敦促附近居民离开他们的家园。

    美国陆军工程兵部队（U.S. Army Corps of Engineers，即USACE）确定对南达科他州的Gavins Point水库进行泄洪，泄洪流量达到160000cfs（4528m3/s）。USACE指出，这样的泄洪流量要保持到8月中旬[3]。有报道说，这次密苏里河上游洪水已经导致北达科他州的约4500个家庭失去家园，约25000个房屋被水淹。

3．核电厂的应急措施与安全评价

    在美国，核电厂的防洪设计按照NRC安全导则RG1.59进行。每个核电厂按照可能最大洪水PMF确定设计基准洪水位[4]。下面分别介绍卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂的设计基准洪水位以及这次洪水事件的演变情况和安全评估。

   （1）卡尔洪堡核电厂

       卡尔洪堡核电厂设计基准洪水位为1009.5英尺MSL（307.7m，MSI是指平均海平面以上的高度，下面不一一提及），安全壳厂房的厂坪标高为1014英尺（309.1m）。电厂于4月7日停堆换料。2011年6月6日08:00，电厂的业主OPPD向美国NRC（核管理委员会）提交了事件报告[5]，说明密苏里河水位上涨到1004英尺（306.0m），但预测不会超过1009英尺（307.5m）。

       卡尔洪堡核电厂于6月6日进入“异常事件通告（Notification of Unusual Event）”的应急状态，这是美国核电厂4个应急响应类别中最低的一个类别。

图3-1 Fort Calhoun核电厂被密苏里河洪水围困（远景）

图3-2 Fort Calhoun核电厂被密苏里河洪水围困（近景）

    卡尔洪堡核电厂的业主OPPD为了应对密苏里河的洪水上涨，用砂袋垒砌屏障保护开关站和其他厂房，同时筑起了充水的橡胶护堤（见图）来保护电厂的主要建筑物。充水护堤高8英尺（2.4m），底宽16英尺（4.9m），设计可抵御6英尺（1.8m）高的洪水。此外，运来了新的备用应急柴油发电机，水泵和消防设备等。现场已有的柴油燃料罐已经装满，2个额外的燃料罐已经运到现场。如果现场完全丧失电源，临时气动泵可以使冷却水循环通过堆芯和乏燃料水池。OPPD还表示，卡尔洪堡核电厂正处在停堆状态，在8月份洪水退走前不会重新启动。

图4 Fort Calhoun核电厂的充水护堤 

     NRC接到卡尔洪堡核电厂的事件报告后，立即增派了现场监督员，使现场共有5个监督人员和NRC的一个处级首席官员（a branch chief）。根据现场监督人员的全面检查，NRC在其网站上发布消息，指出电厂的能力没有降低，尽管河水水位升高[6]。

     然而，在6月26日1:25，2000英尺（～600m）长的充水护堤因意外原因（原因仍在调查中）破漏坍塌，约2英尺（～60cm）的水冲向安全壳厂房和变压器厂房，使水位达到1006英尺（306.6m）。由于安全壳厂房的厂坪标高为1014英尺（309.1m），且在厂房内外筑有4英尺（1.2m）高的屏障，可以承受这2英尺的水位上升。充水护堤坍塌后，电厂将电源供应切换到应急柴油发电机发电，这是一项保护性措施，因为发现变压器厂房的混凝土坝有渗漏。直至6月26日中午，恢复了外部电源供应。

     现场的NRC监督人员表示，尽管电厂水位增加了2英尺，但卡尔洪堡核电厂的情况是可控的。6月27日，NRC主席Gregory Jaczko到达卡尔洪堡核电厂现场检查，再次表示尽管卡尔洪堡核电厂丧失充水护堤，但没有对核安全造成威胁。

    （2）库珀核电厂

         库珀核电厂的设计基准洪水位为903英尺（275.2m），电厂的厂坪标高比设计基准洪水位高出安全壳厂房标高比设计基准洪水为高13英尺（279.2m）。2011年6月19日04:02，密苏里河水深达到13m，河水位为899.1英尺（274m），超过了HU1.5程序设定的进入“异常事件通告”状态的水位。电厂的业主NPPD向NRC提交了事件报告，并宣布进入“异常事件通告”的应急状态[7]。

图5 Cooper核电厂被密苏里河洪水围困（远景）

     早在5月30日，NPPD就组织电厂工作人员和合同商进行防洪准备。他们共运来了5000吨砂制作砂袋，用来建筑防洪屏障，并且采购各种所需的物质和加固出入道路。

     密苏里河洪水来袭时，库珀核电厂处在满功率状态。6月23日09:00左右，库珀核电厂以北约6英里处密苏里河的一段堤坝有破口，导致电厂周围的水位达到900英尺（274.3m），其后水位略有下降。由于密苏里河洪水位一直没有到达原先设定的902英尺（274.9m）的停堆高度，该电厂至今仍在满功率运行。美国CNN6月22日报道中提及：作为预防措施，Cooper核电厂在现场保持几十个人全天候值班。

     NRC在6月22的网站上发布消息，指出“NRC正在密切跟踪库珀核电厂和卡尔洪堡核电厂，”NRC第IV区行政长官Elmo Collins说，“两个核电厂已经激活了它们的洪水响应计划，并且采取了适当的步骤来保护重要构筑物、系统和部件免受正在升高的洪水威胁，使得它们的电厂处在安全状态”。NRC主席Gregory Jaczko于6月26日到达库珀核电厂现场检查，他表示，已经看到了电厂为应对洪水所做的努力，现在的电厂正在安全运行，满足NRC的标准。

4．信息公开

    密苏里河洪水围困卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂的事件是在日本福岛核事故后发生的，引起了核能界和社会公众的普遍关注。除了NRC监督人员到现场检查以及NRC发言人和NRC主席对这两个核电厂给出明确的评估外，两个电厂的业主均十分注重事件的信息公开。他们在各自的网站上通报事件的演变情况，说明电厂采取的防护措施，并且明确地告诉公众，在这次事件中没有放射性物质向密苏里河释放。

    在整个事件过程中，OPPD和NPPD还尽量利用各种媒体公开信息以及与公众沟通。例如，哥伦布报社（Columbus Telegram）向OPPD和NPPD提交了公众问题清单，并在6月23日的星报上刊登了这两个公司的回答。公众提出的问题涉及洪水事件的状态、电厂为应对事件做了什么努力，电厂现在有什么风险，有的还要求将这两个核电厂的洪水事件与日本福岛核事故进行比较[8]。

    OPPD和NPPD对公众的问题做了一一回答，其中一些问答的内容摘录如下。
     —  很多公众从照片中看到两个电厂处在洪水围困中，他们问，这两个电厂有风险吗？OPPD和NPPD均指出，现在的洪水低于厂址的设计基准洪水位，安全壳厂房的厂坪标高提供了进一步的裕度。

     —  有公众问，库珀核电厂的沸水堆设计与日本福岛第一核电厂的沸水堆有很多相同之处，是否会发生类似福岛第一核电厂那样的核事故。NPPD的回答是“极不可能”。NPPD解释说：在库珀核电厂的设计中已经对密苏里河的洪水进行了设防，尽管库珀核电厂的沸水堆是BWR-4型，且采用MarkⅠ型安全壳，但库珀核电厂设计有汽动冷却剂泵和电池组用于堆芯冷却。NPPD还说明现场共有3台应急柴油发电机，并且贮备了足够的燃料（共有63500加仑的燃料），可供应急柴油机至少运行40天。NPPD强调，库珀核电厂有应对超设计基准事件的策略缓解日本福岛第一核电厂那样的严重事故。

     —  有公众问，如果洪水淹了卡尔洪堡核电厂，对周围地区居民会产生什么风险？OPPD回答指出，卡尔洪堡核电厂是安全的，周围地区居民受到的风险来自洪水，而不是我们的核电厂。

5．结束语

    日本福岛核事故的重要经验教训之一是，纵深防御的原则必须全面地贯彻到核电厂外部事件的设防中去。对于内陆核电厂而言，不会受到地震引发海啸的威胁，但遭遇陆地洪水的事件还是有可能发生的。美国卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂遭遇的密苏里河洪水均已接近各自的厂址设计基准洪水位，这次事件清楚地告诉我们，内陆核电厂在对洪水之类的外部自然事件设防中贯彻纵深防御原则是极为重要的。我们需要研究厂址重要设计参数的裕度以及应对厂址水淹和全厂断电的缓解措施（例如，确保安全相关出入大门、贯穿件和管沟的水密封性），还要研究与应急行动水平有关的厂址参数（就像库珀核电厂那样规定进入应急状态和反应堆停堆的河水位高度）。

     美国卡尔洪堡核电厂和库珀核电厂在应对密苏里河洪水事件中严格按照NRC的事件报告制度进入应急状态，并采取了各种防洪措施。整个事件中，除了NRC的监管和发布安全评估意见外，电厂业主也通过各种方式公开事件的信息和回答公众的质疑，这有助于公众对核电厂的安全保持信心。

6．参考资料

[1] NUREG-1437, Supplement 12, Regarding Fort Calhoun Nuclear Station, 02/2003。
[2] NUREG-1437, Supplement 42，, Regarding Cooper Nuclear Station, 02/2010。
[3]http://visionsgreen.com/2011/06/missiles-under-flood-ft-calhoun-under-flood-cooper-under-flood/。
[4] US NRC RG 1.59, Design Basis Floods for Nuclear Power Plants, 08/1977。
[5] Fort Calhoun Nuclear Station, Unusual Event Declared due to River Level, Event Number 46929, 06/06/2011。
[6] US NRC News, No.Ⅳ-11-030, NRC Tracking Flooding at Two Nebraska Nuclear Power Plants, 06/22/2011。
[7] Cooper Nuclear Station, Unusual Event Declared due to Missouri River Flooding, Event Number 46969, 06/19/2011。
[8] Q & A with NPPD, OPPD, 引自：http://columbustelegram.com/news/local/govt-and-politics/article_1a1d6020-9da0-11e0-8baa-001cc4c03286.html。